2007西门子杯全国大学生过程控制.PDF

2007 西门子杯全国大学生过程控制 技能挑战赛 带搅拌釜式间歇反应器控制方案 参赛队伍编号 08 2007 年 6 月 目 录 第一章 被控对象工艺流程及特性分析1 1.1 被控对象工艺流程概述 1 1.2 反应对象动态特性分析 1 1.2.1 反应温度1 1.2.2 保温时间3 1.2.3 反应压力3 1.2.4 转换率和产率3 1.3 反应釜的动态特性 4 1.3.1 基本方程4 1.3.2 基本方程线性化5 1.3.3 有关通道的传递函数5 1.4 本论文的研究内容 6 第二章 控制方案设计7 2.1 复合温度控制系统 7 2.1.1 复合温度控制各部分控制系统9 2.1.2 反应初期温度位式控制15 2.1.3 反应升温速率和反应釜压力专家模糊控制15 2.1.4 反应保温温度PIDDMC控制16 2.1.5 节约能源方案17 2.2 基于PLS 模型的自适应软测量主产物产率控制 17 2.3 反应器压力安全控制 18 2.4 升温、保温、出料、清洗顺序控制 22 第三章 控制系统硬件设计25 3.1 PCS7 过程控制系统 25 3.2 系统软件安装与设置 26 3.3硬件结构及网络层次27 3.4 阀门选型与仪表参数设定 29 3.4.1 阀门的选择29 3.4.2仪表参数设定 30 3.5 硬件资源分配及图表 30 第四章 控制系统软件设计34 4.1复合温度控制系统34 4.1.1复合温度控制各部分控制系统 34 4.1.2 反应初期温度位式控制34 4.1.3 反应升温速率和反应釜压力专家模糊控制34 4.1.4 反应保温温度PIDDMC控制41 4.2 基于PLS 模型的自适应软测量主产物产率控制 44 4.2.1 PLS软测量模型[12]44 4.2.2 模型更新46 4.2.3 模型训练与测试47 4.3 反应器压力安全控制 48 4.4 升温、保温、出料、清洗顺序控制 48 第五章 监控界面设计49 5.1实时监控界面49 5.2故障报警界面50 5.3操作控制界面50 5.4 趋势曲线界面 51 5.5工艺参数设置界面51 参考文献52 附 录53 第一章 被控对象工艺流程及特性分析 1.1 被控对象工艺流程概述 被控对象为 过程工业常见的 带搅拌釜式反应 器系统，属于间歇 反应过程。其工艺 流程图如图 1.1 所 示。A 、B 、C 三种 物料在反应釜中 经夹套蒸汽加入 适度的热量后，将 发生复杂的化学 反应，产生反应最 终产物 D 及其副 产物。反应初期用 热水诱发，当反应 开始后由冷却水 通过蛇管与夹套进行冷却。 图 1.1 间歇反应工艺流程图 保温阶段之目的是尽可能多地获得所期望的产物。为了最大限度地减少副 产物的生成，必须保持较高的反应釜温度。缩合反应历经保温阶段后，接着用 离心泵将缩合釜内的料液打入下道工序。出料完毕，本间歇反应岗位操作即告 完成。 1.2 反应对象动态特性分析 由于反应器有强烈的搅拌作用，起到了很好的分散与稀释功能，使得反应 器中的物料流动状态满足全混流假定，即反应器内各点